Эксперименты на лабораторных мышах выявили способность мозга подавлять акустический шум на уровне слуховой коры.
Дэвид Шнайдер и группа исследователей из Медицинской школы Университета Дьюка и Нью-Йоркского университета провели серию экспериментов, которые приблизили ученых к пониманию механизмов снижения шума на уровне восприятия звука центральной нервной системой.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature. Ученые полагают, что их исследование поможет понять, как люди учатся говорить и музицировать на различных инструментах, а также определить связь слуховых особенностей человека и животных с конкретными участками слуховой коры.
В экспериментах использовалась слуховая иллюзия (виртуальная реальность), разработанная для лабораторных животных.
Предмет исследования
В ходе эксперимента мышей заставляли бегать на тренажере, а звуки их шагов заменяли звуком, существенно отличающимся по тембру.Известно, что источником шума может быть как внешняя среда, так и действия человека, например шаги, речь и дыхание.
В процессе эволюции человек, как и животные, выработал способность подавлять фоновые шумы, отличая их от внешних слуховых раздражителей.
Другими словами, мы предпочитаем не слышать постоянно шум своего дыхания, а лучше прислушиваться к тому, что за неизвестное выскакивает из внешней среды, может ли оно нас съесть или, наоборот, будет полезно в пищу.
Эта способность стала одной из основных основ нашего слуха.
Сегодня нейронные цепи слуховой коры, которые учатся распознавать внешние и внутренние звуки, а также маскировать и компенсировать их при восприятии, остаются малоизученными или, что еще хуже, практически неизвестными нейробиологам.
Ээксперимент
Ученые использовали 11 лабораторных мышей, сформировав ассоциацию между посторонними звуками и их шагами.Для этого была создана своеобразная виртуальная реальность, но не визуальная, а акустическая.
Животных фиксировали на головах и помещали на миниатюрную беговую дорожку.
В такт шагам воспроизводилась запись особых звуков, которые назначались звуковым сопровождением движений.
Звук был совершенно новым и непохожим на естественный шум.
При этом новый стимул от слухового стимула постоянно контролировался путем регистрации изменений потенциала локального поля (LFP).
Со временем кора перестала реагировать на раздражитель, а раздражитель с измененной частотой (изменение на полоктавы) достаточно сильно подавлялся и не вызывал такого выраженного возбуждения нервной ткани, как в начале эксперимента.
Эффект был явно связан с движением мыши и не наблюдался при его отсутствии.
В состоянии покоя сенсорные нейроны слуховой зоны реагировали на тестовые звуковые стимулы так же, как и на другие внешние звуки.
Сенсоры также зафиксировали, что в инфрагранулярной части коры тестовые звуки вызывают более сильные изменения, чем в супрагранулярной части.
Такая локализация ответа указывает на то, что в подавлении шума принимают участие именно нейроны слуховой коры, а подавление происходит вне когнитивных процессов, как предполагалось в некоторых более ранних гипотезах.
Подтверждение по Павлову и закономерностям эволюции
Для проверки результатов было проведено еще несколько экспериментов.Мышей обучали поиску награды, который должен был начинаться после двух разных звуковых сигналов.
Как и в первом эксперименте, один из тестовых звуковых стимулов был ассоциативно связан с двигательной активностью.
Было отмечено, что сигнал, связанный с движением, распознавался мозгом хуже, чем тот, который с ним не был связан.
При этом в состоянии относительного покоя они одинаково хорошо распознавали оба сигнала.
В исследовании также упоминается эволюционная важность подавления собственного шума.
Особенно для мышей, которые являются потенциальными жертвами множества хищников, а звук является одним из важнейших сенсорных индикаторов опасности.
Многочисленные исследования подтверждают, что слуховые маркеры опасности также чрезвычайно значимы для человека, что отмечается в исследованиях по психоакустическому влиянию низких частот, работах по локализации источников звука в пространстве и т. д. Нейронная система шумоподавления у человека, очевидно, выполняет и более сложные функции, связанные уже с высшей нервной деятельностью, такие как овладение устной речью, а также овладение игрой на музыкальных инструментах.
Дело в том, что этот, казалось бы, простой механизм напрямую связан с музыкальной памятью, которая, в свою очередь, обладает механизмом репрезентативного предсказания звуков и методами их извлечения.
Именно этот механизм позволяет нам соединить слух, восприятие, память и двигательные реакции в столь сложных сложных процессах.
По словам Шнайдера, «в процессе обучения речи и исполнительских навыков мы прогнозируем звуки, которые собираемся услышать.
Например, перед нажатием клавиши фортепиано.
В дальнейшем (прим.
автора) мы сравним их с результатом в реальности.
Мы используем несоответствие между ожиданиями и реальностью, чтобы корректировать исполнение.
Со временем мы становимся все лучше и лучше, поскольку мозг пытается уменьшить количество ошибок».
В заключение
Исследование Шнайдера и его коллег демонстрирует прямую связь нейробиологических возможностей слуха у человека и животных с эволюционными механизмами, влияющими на их развитие.Я считаю, что пристальное изучение подобных явлений и связей является ключом к максимально глубокому пониманию явлений и феноменов, связанных со слухом человека.
Реклама В наш каталог лабораторных мышей нет, литературы по нейробиологии и научных экспериментов в выставочных залах не проводится, но мы готовы предположить широкий спектр аудио и видео электроника для домашнего хозяйства и профессиональный потребности Теги: #Популярная наука #Звук #мозг #акустика #нейробиология #снижение шума #психоакустика #психоакустика #слуховая кора #сенсорная кора
-
Эпоха Конана
19 Oct, 24 -
Гримальди, Франческо Мария
19 Oct, 24 -
Проекту Ответы@Mail.ru Исполнился Год
19 Oct, 24 -
Сюда Ушли Ваши Детские Воспоминания
19 Oct, 24 -
Футуризм, Стартапы Будущего
19 Oct, 24
